專利名稱：腳蹼的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于游泳或用于水下活動或肌肉訓練的腳蹼，這種類型 的腳蹼包括槳葉和與該槳葉連接的鞋，并且限定了用于容納使用者的腳 的鞋體。
背景技術：
游泳用的且由往復運動式的人體原動力部來移動的腳蹼的操作是特 別復雜的。腳蹼可被定義為"幾何形狀因流體的反作用力而彈性地變化 的往復推進器"。
槳葉的幾何形狀在每時每刻且在其各個區(qū)域處發(fā)生變化是有必要 的，從而使得槳葉呈現(xiàn)為適合于以有效角度作用于水的彈性彎曲形狀
(elastica):每一個別質量的水都應當被推向后方(推進效果)而非向上和向 下(這將引起腳的運動的制動效果)。偏轉是由要被移動的該質量的水的慣 性引起的。
由于是往復運動，因此腳蹼系統(tǒng)有必要具備非常高的彈性效率。在 每次踢水時所吸收的變形能量在該踢水終止時必須以有效推進的方式全 部返回。彈性不完美的系統(tǒng)會導致非常低水平的功效。
根據(jù)現(xiàn)有技術的腳蹼都是不完美的。在流體將這些腳蹼變成有利于 推進的彈性彎曲形狀之前，這些腳蹼都需要被施加大量的施力，因為它 們必須移走大量的制動質量的水。所有這些腳蹼都基于非常低效的彈性
系統(tǒng)，因為它們是由如下材料制成的通常所選的這些材料并非用于蓄
能器而是僅用于形成腳蹼的槳葉或鞋，且它們都不能夠進行調整以使游 泳者改變和調節(jié)從其腿部到水的動力傳輸方式。
在腳蹼部分中，真正復雜的問題是無論以理論的計算方式或以基于 實驗的經驗方式對腳蹼效率的評估，其中"效率"是所達到的游泳速度 與游泳者需要作出的施力之間的比，以較抽象的術語講，即所獲得的動 能與所需的游泳者的肌肉能量之間的比。第一種方式可以這樣嘗試將腳蹼的槳葉的整個表面劃分成在下文 中以"cmq"標識的基本片斷，并且觀察每個基本片斷"cmq"的表面與 "水流"矢量所形成的角度，所述"水流矢量"逐點地且每時每刻地作 用于槳葉的表面。這在附圖的圖l中被圖示出來，其中箭頭"m"表示游 泳方向。以"s"表示的腳蹼的鞋在本例中向下移動，如箭頭"m"所表 示的那樣。槳葉"p"因接收到根據(jù)矢量V1、 V2、 V3和V4所示的水的推 力而發(fā)生偏轉。根據(jù)與被偏轉槳葉的表面進行作用的角度，對推進的貢 獻發(fā)生變化。具體地，以基本上卯。的角度作用于槳葉的矢量V2，對推進 沒有貢獻，而只會增加游泳者所作出的施力。矢量V1甚至在除了增加施 力以外，還帶來負推進。
因此可直觀地看到，對于接近90。的角度或者甚至更大的角度，對游 泳者前進的貢獻將會很低或甚至為負；這樣，游泳者自己不得不作出的 施力將增加得極高。最好的情況是角度處于75。與30。之間。對于在30。與 0。之間的角度，水將趨于在槳葉的表面上滑過，施力雖然減小了，但推 進效果卻接近于零。
在傳統(tǒng)腳蹼中，槳葉和腳的鞋體互相連接為單個的中等柔性的結構。 由很多已知實施例所廣泛描述的解決方案的設想如下 一種情況是槳葉
具有基本平坦的結構，且鞋的"鞋底"構成了向其后方的自然延伸部分；
或者另一種情況是槳葉還具有明顯的被設計為用于確保槳葉具有適當柔 韌特征的縱向肋，且所述肋沿著腳的兩側連續(xù)伸展，以連續(xù)的方式提供 了槳葉、腳尖與整個鞋底之間的連接。無論如何，按照所述的解決方案， 面向腳尖的槳葉區(qū)域在水的推力之下不能達到足以使水流在槳葉表面的
各個小片斷上的作用角度接近90。的角偏轉。結果，腳蹼具有非常剛性的 柔韌特征，由于槳葉表面的至少30%表現(xiàn)出明顯的對腿部運動的制動效 果和非常低的推進效果，因此腳蹼在水中呈現(xiàn)為極低的效率。實際上， 在某些情況下，人們發(fā)現(xiàn)了某種趨于負推進的趨勢。眾所周知，以非常 剛性的腳蹼進行游泳"很拙劣"，甚至可能會后退。
減小腳蹼的總體硬度也不是很有用顯然，以90。進行作用的區(qū)域的 延伸部分減少了；然而，在槳葉的中央段且最重要的是在后三分之一段 中，所達到的作用角太小了，結果槳葉趨于在水流中滑動，而不會提供任何有用的推力。此情況中的推進與施力(二者均減少)之間的比保持在普 通效率的值附近。
在為了克服上述早期腳蹼的缺點的嘗試中，最近已提出了如下所列 出的不同方案。
在第一種已知的腳蹼中，以圖2中示意性說明的方式，在鞋與槳葉之 間設有開孔區(qū)。然而這種類型的實施例，不僅造成了流體的嚴重非連續(xù) 性，該非連續(xù)性會引起明顯的漩渦和失速效果從而導致槳葉的水力效率 的顯著下降，而且環(huán)繞該孔的結構還會使鞋-槳葉系統(tǒng)具有硬度特征，因 此起制動作用的基本片斷"cmq"的比例仍然較高。此外，槳葉的質心，
其被當作水力的合成矢量的作用點，被證實為與旋轉的支點(在肌肉施力 的估算中，該支點可視為在游泳者的臀部關節(jié)處)相距很遠，因此迫使游 泳者付出極大的施力。
此外常見的是在腳與槳葉之間的區(qū)域中設有柔性化區(qū)域的方案。在
某些情況中，該方案的示例由以McCarthy的名義提交的文件No. WO-01/85267中描述的腳蹼所代表，其推薦了對腳蹼的承載部的薄化處 理，所述承載部恰好處于構成腳的鞋體與槳葉的后端之間的撓曲連接的 區(qū)域中。此方案產生的實用實施例非常少在使用者方面而言的確是減
少了所需求的施力，但是推進效率急劇下降，原因在于由于中斷了腳
蹼的"脊骨"，從由游泳者的腳所代表的原動力部向槳葉這個推進元件 的動力傳輸幾乎全部中斷。
還提出了在鞋與槳葉之間設有鉸鏈連接，例如結合已引用文件No. WO-01/85267的圖50及圖51中的現(xiàn)有技術所說明的方案并對應于由 Mares S.p.A以品牌名"VOLO"推向市場的腳蹼。這是比WO-01/85267
中所提出的方案更有效的方案，因為它設想了在容納腳的結構(即"鞋") 的前端與槳葉的后端之間設有鉸鏈連接，從而使得當其介入時，在與槳 葉的傾斜角至少為10。/15。時存在著水的最小推力。此方案還設想了剛性 地固定在鞋上的兩個側臂，這兩個側臂使鞋的側向結構向前即朝著槳葉 的末梢延伸。這些臂是幾乎剛性的臂，它們在相對于前述的鞋/槳葉鉸鏈 往前幾厘米的位置處到達槳葉側部，且它們的基本功能是借助于兩個由 熱塑性橡膠制成的拉桿來限制和恢復槳葉相對于鞋的偏轉，所述拉桿是在鞋的橡膠的注射成型時形成的，所述拉桿通常是松弛的并且僅在前述 偏轉達到所需最大值時才繃緊。
這樣，因為在最初的水的推力下槳葉就偏轉到足以使水流的作用角 度不會達到先前所述的不利的值，從而保持著與90。相差很遠，所以槳葉 的"前三分之一"將不會對腿部運動施加制動作用。此外，基本表面"cmq" 以有利于確保最佳推進而不需要過多施力的傾斜角來設定它們自身。
然而，此方案還是具有一系列嚴重的缺陷，總結如下
a) 鉸鏈導致腳蹼的外形中的裂口，這對于要保證水力正確特性而言 無疑是不理想的；流線的分裂會導致漩渦和失速區(qū)域的風險；
b) 在腳尖前伸出很遠的兩個臂無論如何都會構成大的制動區(qū)；
C)槳葉在其"前三分之一"中明顯受到約束，因此因兩個側臂的存 在而犧牲了對應的推力；
d) 在各臂與槳葉之間的區(qū)域受到幾何擾動，其方式肯定不適用于使 水流免于形成漩渦；以及
e) 在基本上可定義為四劃動周期循環(huán)即上踢、上/下反轉、下踢、下/ 上反轉的游泳循環(huán)內，形成了兩個大的滯后區(qū)，在腳蹼的槳葉由于等待 著"準備推動"而不能傳輸動力時的兩個反轉階段附近，在短時間內打 斷了推進。
基本上，該撥水動作遠不是舒適的"圓圈"，而是存在著兩個肯定 不舒適的"空閑"階段，給人以"急動(jerky)"地撥水的感覺。其中，不 光理論的論證而且游泳的實際實驗都表現(xiàn)出由這兩個滯后階段引起的對 推進的負面影響是如何取決于死角與有效劃動角度之間的角度比，其中 死角總是相同的，有效劃行角度取決于每次游泳者所采用的特定游泳姿 勢。在相關的情況中，Mares的"VOLO"型腳蹼僅適用于以大幅度且有 力劃動為特征的典型游泳姿勢，但并不適合于在現(xiàn)代游泳者和攜帶水下 呼吸器的潛水者中迅速興起的小幅度且頻繁劃動的姿勢。
下面描述其它已知方案以及對應的缺陷。專利No. US 2,343,468 (Messinger, 1944):在腳尖下面設有位于鞋與 基本剛性的短槳葉之間的鉸鏈(旋轉連接)。該鉸鏈被設置于容器內，該容 器包含用于限制槳葉與鞋之間的角度范圍的劃動限制元件。此種腳蹼絕 對不可能工作由于連接的約束是旋轉的而非固定的，因此在兩個端部 位置之間的運動過程中不會發(fā)生任何能量轉移。由于在所述的約束中未 設有彈性元件，故在所述階段中甚至沒有任何能量存儲；僅觀察到寬死 角的存在，在該寬死角中時推進效率為零。另外，鞋與槳葉之間的連接 出現(xiàn)在腳尖處而不是在腳的中央處，因而打破了流線，并因此產生漩渦。 槳葉的硬度致使該組裝件在實際中是無效果的。
專利No. US 3,171,142 (Auzols， 1965):腳蹼根據(jù)在比腳尖稍微向前的 位置處的交叉部而顯著地變薄。因此在由鉸鏈將腳蹼分割成的兩個部分 之間可能存在寬角偏轉，為了以可按需要調整的方式來對其加以限制， 發(fā)明人進一步設想了大致剛性的元件，例如可調寬度的外部籠柵。毫無 疑問，寬角偏轉降低了所需的撥水施力，卻也導致了推進力近似為零。 能夠調整死角的幅度的實用性不甚明顯。由于流線因槳葉的不連貫幾何 形狀而破碎，且籠柵的水力摩擦很高，死角(其中沒有能量傳輸或存儲， 另一方面沒有設想彈性元件)在有效階段如此占有優(yōu)勢從而證實對推進 效果極其不利，因此腳蹼的效率將不可避免地非常低。
專利No. US 3,256,540 (Novelli, 1966):腳蹼由鞋和在鞋底下向后延 伸的槳葉組成，該鞋的形式為第二鞋底完全脫離第一鞋底，直到鞋跟， 正好在鞋跟處與鞋連接。它可以實現(xiàn)寬角偏轉，但僅僅是在下踢期間， 因此在踢水開始時水對槳葉的最初作用受到阻尼和延遲。接下來的撥水 肯定是比較輕松的，但僅僅是在下踢期間；而在上踢時，則完全地等同 于普通腳蹼。這個看起來很有意思的效果絕對需要被避免。由經驗得出， 所述施力吸收及推進效果的不對稱對撥水目的極其不利在每一時刻， 右腿比左腿付出更多施力，或者是與此相反，兩腳的垂直位移速度變得 異相了。例如，右腳遠在左腿到達下止點之前就到達上止點，因此，撥 水的節(jié)奏被打斷了。在鞋的兩側設有用于限制鞋與槳葉之間的偏轉幅度 的裝置，然而卻并未設想該裝置可以是彈性的并因此適于在每個循環(huán)中 存儲彈性能并以反作用的方式返回該能量；因此，寬死角既不能用來從鞋向槳葉傳輸能量也不能存儲該能量。由于上述構想基本上過于簡單， 因而要提高該腳蹼的效率是不可能的。
專利申請No. EP-1127589A1 (Garofalo， 2001):腳蹼由槳葉和鞋組成， 在鞋上向前延伸有兩個向前突出的側面附屬物，所述附屬物位于夾于它 們之間的槳葉后部區(qū)域的側面。槳葉與鞋互相連接且在鞋尖區(qū)域中具有 連續(xù)性，它們或者作為彼此的延伸部分而直接地連接，或者借助于設在 腳尖之前的鉸鏈而連接，因此槳葉的后端被強制為在游泳活動期間非常 緊地跟隨鞋尖的運動而運動。橫向彈性元件或多或少彈性地但低彈性效 率地將夾于鞋的兩個向前突出的側面附屬物之間的槳葉區(qū)域與這兩個附 屬物自身的末稍相連接。
在鞋與槳葉之間可能發(fā)生角偏轉(僅在下踢過程中)，但是由于幾何形 狀的連續(xù)性，槳葉的后端在運動期間被強制為緊隨著鞋的前端，于是致 使游泳在上踢期間和下踢期間比所預想的費力得多。由Garofalo描述的彈 性元件因為被成形為類似于薄帶，以致于其極小的體積無論如何都不能 存儲所需量的能量，該所需量的能量使它們可被看作能在每個循環(huán)中吸 收及返回游泳能量的蓄能器或能量存儲元件，因此該彈性元件明顯是無 效果的。所述的對應組裝件會發(fā)生腳蹼的摩擦和急劇磨損。此方案沒有 考慮動力的調整。
法國專利No.FR-2480129和FR-2455905以及US-4,300,255 (Beuchat):
槳葉固定在鞋底下面，因此腳尖在下踢過程中相當自由，但在上踢過程 中不是非常自由。然而，大的中央肋加強了槳葉的第一部分，因此在鞋
的前邊緣與槳葉的前三分之一之間形成大偏轉的可能性實際上極小。在 鞋的前三分之一與槳葉之間沒有間隔或縫隙。在鞋尖與槳葉之間未設置 返回元件。
US 6,126,503 (Viale/Garofalo, 2000):腳蹼由鞋和較硬的槳葉構成， 該鞋設有兩個向前突出的側面突起物(即向腳蹼的端部突出)。鞋借助于帶 橫軸的鉸接約束與槳葉連接，所述鉸接約束設置于夾在鞋的兩個前側面 突起物之間的區(qū)域中。槳葉隨后進一步借助于兩個彈性元件與鞋的所述 突起物的前端連接?？紤]到與以上參照文件No. EP-1127589A1所述的技 術方案類似，故此技術方案的表現(xiàn)也是無效果的。在雜志中公開并于2006年3月在EUDI處展示的新型腳蹼中，槳葉不 是設置在鞋的向前對應于自然執(zhí)行部的位置，而是位于進一步向上約 10 15cm的位置，從而使得使用者一旦離開水，就能直立行走而槳葉不會 碰到地面，并且當使用者俯臥在水面上游泳時，槳葉總是保持被完全淹 沒。在此革新型的腳蹼中，鞋與槳葉之間的連接是通過從槳葉向后伸出 的兩個側臂而形成的，然而這兩個側臂不是簡單地在其側面肋之后延伸， 而是以急劇傾斜度向下垂落，以彌補槳葉與腳之間的約20cm的距離。這 些還向著鞋的中心區(qū)域與鞋連接，在那里開槽。由于未設有彈性返回元 件，因而稍后將提及的三個支點的幾何形狀是未實現(xiàn)的或不可能的。此 外，槳葉的后邊緣與尖端彼此離得過遠，相距幾乎10cm到20cm。所述的 不平常特征在鞋與槳葉之間形成了用不到的大水流的通道，因而急劇地 降低了腳蹼的推進效果。最后，推進力的軸線明顯地未與游泳者身體的 軸線對準，因而造成每個游泳動作時的高偏離力矩。盡管對于一個特別 專業(yè)的游泳者而言，可能以恰當?shù)牡菑娭菩缘纳眢w傾斜來消除或降低 所述偏離效應，但結果仍有明顯的制動效應。這個推進情形完全類似于 帶有兩個推進器而右側推進器被阻塞的摩托艇顯然該摩托艇會趨于轉 向右側。舵的校正(槳葉向左)會修正航向，而航速卻會明顯降低。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有腳蹼的上述缺點，且所述目的由權利要求l 以及其隨后的從屬權利要求所限定的特征來實現(xiàn)。
簡而言之，形成本發(fā)明的主題的腳蹼基本上由鞋和槳葉這兩個明顯 不同的部件構成。第一部件通常被定義為"鞋"，因為它構成了用于腳的 鞋體并且包括用于舒適地容納腳的柔軟且有彈性的部件，在后面的鞋跟 部分可以是封閉或開放的，且在上述開放情況下該鞋體上安裝有用于調 整且可以快速解開的帶子及帶扣系統(tǒng)。該鞋體同樣包括剛性的基本結構 以將動力從腿部傳輸給槳葉。
槳葉是合適的推進元件盡管基本扁平且柔韌，然而該槳葉可包括 具有復雜幾何形狀的區(qū)域、加強肋、孔眼或者狹縫或凹槽、膜片、波紋 管、引導槽、幾何形狀可變的區(qū)域、葉片、閥、鏟斗以及任何類型的功能性結構。該槳葉可以由剛柔結合材料EVA、 PP、 PC、 PA等或者其它彈
性體材料或者混合了剛性/柔性/軟性成分的材料制成。
槳葉位于鞋尖的前面，并以創(chuàng)新且原創(chuàng)的方式連接在該處，此連接 方式構成本發(fā)明的第一特征方面。槳葉實際上并非剛性地連接于鞋的前 部，且根本不構成鞋的前方延長部分，而是被一個切口從這里分開從而 形成了寬度盡可能小的縫隙，所述縫隙存在于通常沒有任何材料的區(qū)域 中，例如被成形為基本類似于馬蹄鐵。因此該空區(qū)域通常是圍繞鞋的整 個前端并且向著鞋跟及沿著鞋的兩側邊緣延伸，直到到達腳的中央?yún)^(qū)域 才被中斷。如果設想將腳理想地分成三個部分，則僅在中央三分之一部 分處(且可能還在后三分之一部分處，或者僅在這里)形成有槳葉與鞋之間 的連接。
換言之，上述特征可表述為在本發(fā)明中，腳蹼的鞋與槳葉在面向 鞋的前部的區(qū)域中以及在鞋側面的區(qū)域中必須是分離的，而將連接轉移 到在兩側上對稱的區(qū)域中，該區(qū)域近似位于腳的中央?yún)^(qū)域中并可能在后 部區(qū)域中。
從槳葉分支出來兩個向后突出的后臂，這兩個后臂剛性地與槳葉連 接且處于鞋的整個前部的側面而不形成接觸。所述兩臂向后延伸幾乎到 達腳的中央三分之一部分，且此處所述兩臂在結構上與鞋自身的結構連 接。
結果，在游泳活動期間，在水的推力下槳葉獨立于鞋而發(fā)生彎曲， 甚至彎曲至非常寬的偏轉角。鞋尖由游泳者的動力更進一步地推向上方 (或下方)，但是槳葉在其"前三分之一"處不會被強制為保持對準，而且 在槳葉的前三分之一處，槳葉的每個基本片斷，或前述的表面片斷"cmq" 將與水流呈現(xiàn)出完全遠離卯。的角度取向。結果，由于前面解釋過的原因， 使得該腳蹼的使用絕對不費力。
圖3提供了根據(jù)先前所述的現(xiàn)有技術的腳蹼與以上述分析的第一方 面為特征的腳蹼之間的示意性比較，在該現(xiàn)有技術的腳蹼中，鞋與槳葉 直接相連。在第一種情況中，因為槳葉直接與鞋連接，故確定有槳葉的 第一制動區(qū)域，而在第二種情況中，不存在制動區(qū)域并且槳葉在其全部表面上都施加推力。實際上在傳統(tǒng)的腳蹼中，槳葉是鞋的柔性結構的執(zhí) 行部，并且由于其是該柔性結構的自然執(zhí)行部，故在連接區(qū)域中是非常 剛性的。當腳下移(下踢)時，槳葉的終端區(qū)域以鈍角作用于水，這種結果 是有利的。對應于該處的質量的水被向后推動，從而確保推進。然而同 時，對應于槳葉與鞋之間的結合區(qū)的質量的水被相當大的動力向下推動 很遠的距離，結果吸收了大量的肌肉施力卻沒有任何推進效果。因此推 進/施力效率極低。
在根據(jù)本發(fā)明的腳蹼中，重要的是，為了得到充足的推進效果，不 僅槳葉而且甚至更重要的是兩個側臂都需要對柔性做出正確調整。在本 發(fā)明的第一方面中，實際上不僅鞋與槳葉之間的幾何連接而且系統(tǒng)的彈 性響應均被委托給槳葉，所述彈性響應必須在各個半循環(huán)中偏轉成新的 彈性彎曲形狀，從而使自身獲得彈性能并保證推進，且在隨后的反轉階 段中必須以最大可能的效率返回所存儲的能量。
因此本發(fā)明的第一特征方面可概括如下槳葉與鞋之間的連接僅在 腳的中央處。
根據(jù)第二特征方面，本發(fā)明以與前段所述的方面互補的方式，極其 有效地解決了從鞋到槳葉傳輸能量的問題。這通過以下方式來實現(xiàn)該 方式通過可被定義為"儲能元件"且由特別接近理論彈性特征的材料制 成的革新性元件，通過所述循環(huán)的每個階段可分解而成的各種微階段而 進行適當?shù)卣{整，其中，在每次踢水開始時，彈性能被存儲，以準備在 該踢水結束時就立即地并迅猛地釋放到對應質量的水上，從而即使在該 踢水的反轉階段中仍確保推進的連續(xù)性，并極其迅速地返回到最適合下 次踢水的彈性彎曲形狀。
下面參照圖4來檢驗"三支點理論"，即可以確定三個被標記為A、 B、 C的運動學節(jié)點或支點，圖4說明了被示意性示出并且在對稱平面上 突出的腳蹼的側視圖。
第一支點A理想地位于槳葉的后臂與鞋的中段之間的固定結合的質 心處。第二支點B位于鞋的前端并對應于兩個銷子，所述兩個銷子布置于鞋 尖的左右兩側，從而這兩個銷子從那里突出到稍后要說明的空區(qū)域中， 且在這兩個銷子上以適當?shù)念A拉力固定有彈性拉伸元件。
第三支點C位于槳葉的平面上，例如朝著槳葉尖端相距約10cm處，
并對應于兩個對稱地布置于槳葉上且用于前述彈性拉伸元件的聯(lián)接器。
參照圖5可看到，當腳蹼處于零彈性彎曲狀態(tài)時，三個點A、 B和C是 平齊的。而當腳蹼偏轉時，三個點之間不再對齊，而且點B與點C之間的 距離增加并遵循近似拋物線形的非線性定律；即對于小偏轉角該距離增 加得非常小，而對于大角度該距離增加得大。
在實際情況中，在對應于前述支點B的兩個銷子與對應于支點C的兩 個聯(lián)接器之間，安裝有兩個彈性拉桿且將這兩個彈性拉桿設置為繃緊狀 態(tài)，它們可繞各自的銷子及各自的聯(lián)接器自由旋轉。
在游泳動作期間(圖6)，當槳葉偏轉時，支點B與支點C之間的距離增 加。彈性拉桿傳輸起初遵循胡克(Hooke)定律、逐漸并持續(xù)地增大的反作 用力。
這排除了參照Mares的"VOLO"型腳蹼所述的系統(tǒng)的急動操作。此 外，所述力的作用線，在腳蹼未變形情況下精確地穿過第一支點A(因此 杠桿力臂為零)，隨著偏轉增大，得到了關于旋轉支點的越來越大的杠桿 力臂。因此，使槳葉朝著"零偏轉"情形恢復的返回力矩在所述零彈性 彎曲狀態(tài)時為零。如圖7的曲線圖所示，隨著偏轉逐漸增加，返回力矩將 首先增加得非常小，然后逐漸一點點增加，并且如此增加直到成為進一 步偏轉的不可克服的障礙。
有必要強調返回力矩的非比例性，在此討論的本發(fā)明的第二特征方 面使返回力矩具有這種非比例性，即由先前所述的三個支點的最初幾何 形狀來實現(xiàn)這種非比例性。本發(fā)明的腳蹼實際上達到的游泳效率水平遠 高于Mares的"VOLO"型方案中那些腳蹼的游泳效率水平實際上，僅 在零偏轉時所述返回才是零。槳葉不費任何力氣地偏轉向先前所指的"有 利角度"，但是所述返回緊接地和逐漸地增加并迅速變得極其明顯，以 致于使得不可能發(fā)生任何進一步的可能使腳蹼結構崩潰的偏轉。用于避免在過分偏轉的情況中可能會發(fā)生的結構崩潰和推進減弱的 絕對保證(所述的崩潰和減弱構成了根據(jù)先前所述的文件NO.
WO-01/85267的現(xiàn)有技術中存留的未解決的問題)，由選用于返回拉桿 的材料的彈性曲線特征來實現(xiàn)。在實際中人們知道，如果例如使用硫化 硅橡膠或其它等同材料，其延伸量大于恰當?shù)陌俜直炔⑶以谌魏吻闆r下 借助于該橡膠的細致配方都是可調的，則可獲得曲線的急劇上升，結果 能將在鞋與槳葉之間可容許的最大偏轉阻止在期望值處。
因此本發(fā)明的第二特征方面可概括如下返回元件的存在和三個支 點的理論。
本發(fā)明的第三方面直接與返回元件的功能以及構成該返回元件的材
料關聯(lián)。所述元件或返回拉桿的功能是多重的。具體地，它們必須
A) 在未變形位置處，完全不阻礙槳葉在水的最小動力學壓力時的偏
轉；
B) 逐漸地，隨著偏轉的增大，對抗已被緩和的反作用力；
C) 逐漸地使自身積蓄彈性能；
D) —旦達到最大偏轉，就構成平緩的然而不可超越的極限；
E) 在該踢水的反轉時，迅速地并完整地釋放在其中所存儲的能量。
因此，拉桿必須由仔細挑選并加以調配的彈性材料制成，以達到最 有利的彈性特征。拉桿可以用熱塑性橡膠制成，即用與鞋相同的材料制 成，但這在除了完全出于經濟性考慮的情況下并非優(yōu)選，因為熱塑性橡
膠不能在保持接近于100%效率的同時，對于極大量的循環(huán)都存儲能量并
返回能量。由于易屈變，熱塑性橡膠將會不可逆地變形，于是失去了任
何效率。
因此，明顯地應優(yōu)選的是硫化橡膠，或者例如硅酮橡膠。例如，硅
酮橡膠可在液態(tài)下注射成型，達到介于20 sh與80 sh之間的Shore D型(邵 氏)硬度，該硅酮橡膠除了在周期性拉緊及壓縮應力之后具有完全不變形 性之外，還具有如下有用特性幾乎表現(xiàn)為胡克型方式直到延伸到某一百分比，并隨后迅速變得幾乎不可延伸，于是產生了極其有用的對鞋與 槳葉之間可容許的最大偏轉進行限制的效果。
明顯地，拉桿優(yōu)選但非必要地與腳蹼分開生產，并使用最合適的材 料生產，并且隨后與腳蹼機械連接，或者例如將拉桿作為用于將腳蹼注 射成型的模具中的插入物而引入。然而絕對更先進地是如下方案將先 生產出來的拉桿以方便并易于拆卸的方式裝配到腳蹼上，這使得使用者 在因為可能的磨損而想要進行修理或要更換為其它型號時，可以迅速替 換拉桿，甚至無需借助任何工具，所述的其它型號例如是具有不同彈性 拉伸特征的拉桿，它們視需要可通過不同的顏色加以區(qū)分。
還可以使用由柔性塑料材料或者甚至金屬制成的拉桿，該拉桿被恰 當?shù)刂瞥蔀橄駨椈蓸拥男螤?，只要它們被設計成具有上述的功能即可。
上述的連接系統(tǒng)(三個支點理論)使得彈性拉桿可以在純繃緊的條件 下工作。拉桿的效果在上踢和下踢兩個階段中是恰好對稱的，并且因此 可以在兩個階段中恰好對稱地將返回力施加給槳葉。
這對應于根據(jù)本發(fā)明的腳蹼的對稱使用。盡管這樣，仍可啟示我們 創(chuàng)造性地非對稱使用(在一次踢水時本發(fā)明效率稍高，在另一次踢水時效 率稍低)該腳蹼，所受啟示來自于對解剖學及游泳特性的三個考慮
a) 帶著腳蹼游泳時所使用的肌肉在下踢階段中無疑更加有力；
b) 踝關節(jié)明顯是不對稱的在上踢期間，該關節(jié)使施力按需要釋放， 但在下踢期間，該關節(jié)不再是自由的并遇到了可能使人疼痛的強大阻力；
C)當在水面上游泳時，因為由腳蹼推動的質量的水可從水面排出， 所以上踢遠遠起不到推進作用。
可使本發(fā)明適應因上述原因而出現(xiàn)的對于游泳效率的非對稱需求的 方法，在于提出對彈性拉桿的自由運動的進一步約束例如，在每個拉 桿的上方或下方設置支撐物、滑輪或劃動限制元件，從而影響或者改變 拉桿僅在下踢時的或僅在上踢時的表現(xiàn)。在圖8中示意性地示出了此意義 上的可能性。簡而言之，相對于先前分析的根據(jù)現(xiàn)有技術的腳蹼，本發(fā)明以新穎 而原創(chuàng)的方式區(qū)別于它們，且區(qū)別之處基本上在如下的一個或更多綜述 方面
-槳葉安裝有兩個向后突出的側臂，即這兩個側臂從槳葉的側面在向 后的方向上朝著腳的中央?yún)^(qū)域分支出來；
-在鞋與槳葉之間設有明顯靠后的由約束構成的連接區(qū)域，所述約束 牢固地固定在上述鞋的中央與槳葉的兩臂后端之間的腳側面區(qū)域的兩
-限定在鞋與槳葉之間的空區(qū)域，或者在任何情況下的動力學或運動 學未連接區(qū)域，例如形式上通常是圍繞鞋的整個前端及兩側直到腳中央 的U型縫隙，使槳葉的后部不與鞋尖進行任何運動學或動力學連接；
-彈性連接元件可以以高彈性效率來傳輸大量的應力，以致于可以被 看作為"儲能元件"，該彈性連接元件優(yōu)選以可拆卸的方式并以可調的 繃緊度連接在鞋尖區(qū)域與槳葉的中間區(qū)域之間，并同樣地連接在槳葉和 鞋上從而極好地傳送能量流，而不會引起所用元件的任何磨損。


圖l是舉例說明根據(jù)現(xiàn)有技術的第一種類型腳蹼的功能性表現(xiàn)的側 視示意圖2是舉例說明根據(jù)現(xiàn)有技術的另一種類型腳蹼的示意俯視圖3 圖8是舉例說明如前所述用于構成本發(fā)明的基礎的理論的示意 圖及曲線圖9是根據(jù)本發(fā)明的腳蹼的優(yōu)選實施例的俯視圖10是在下踢階段期間的腳蹼的立體圖ll是在上踢階段期間的腳蹼的立體圖12是腳蹼的一部分的放大比例的立體分解圖13 圖18是腳蹼的彈性彎曲形狀在下踢的各個后繼階段中從上方 和下方觀察的立體圖；圖19和圖20是本發(fā)明在下踢和上踢階段中的兩種可能變化形式的側 視示意圖21是舉例說明一種用于描述構成本發(fā)明基礎的構思的起源的方式 的視圖。
具體實施例方式
優(yōu)選實施例
下面參照圖9 圖12，將描述本發(fā)明優(yōu)選的實用實施例。 腳蹼包括槳葉1和鞋2。
鞋2即用于容納使用者的腳的元件，由剛性整流罩3和柔軟部件4構 成，剛性整流罩3執(zhí)行與槳葉1連接并從腿部向槳葉1傳送能量的功能，柔 軟部件4圍繞著腳并且還優(yōu)選地執(zhí)行防滑鞋墊的功能。鞋跟可以是沒有任 何帶子的封閉型("套腳式")，但是此處相關的圖示為開放式，即被設計 為配有帶子和對應的帶扣，它們例如是快速調整型的，并且設置有對立 突出部5以用于固定帶子和帶扣，該突出部5從整流罩3的相對兩側突出。
槳葉l，例如在此被描述為多材質結構，包括基本平坦的中央?yún)^(qū)域， 該中央?yún)^(qū)域由剛/柔性材料(例如，聚丙烯(PP)、乙烯醋酸乙烯酯(EVA)、 聚碳酸酯(PC)、聚酰胺(PA)等)制成，其中可以包括由彈性體材料制成并 可能由其它類型材料制成的區(qū)域6，例如以能使槳葉l橫向彎曲的撓性化 波紋管的形式，從而獲得流線的引導或鏟舀的特定效果。槳葉l的兩個側 片可容納兩個縱向的彈性加強肋7，該所謂的縱向元件可由類似于槳葉材 料的剛性虔性材料(PP、 PC、 PA、 EVA等)制成或由彈性體材料制成，所 述彈性體材料例如是熱塑性橡膠或其它類型的橡膠。在所提議的示例中， 側肋7具有可觀的厚度并由特定類型的SEBS族的熱塑性橡膠制成，其具 有雙重特性， 一是可以通過過注射成型工藝非常牢固地粘附在下面的剛 性層上，二是可以大量存儲彈性能并在運動的兩個反轉階段中即刻地返 回該能量，從而達到極高的彈性返回效率。側肋7還可在其中布置有用較 高彈性模量的柔性材料制成的骨架，以減少其在強大的沖擊力下的彈性 變形。腳蹼的推進部，即槳葉l的中前部，可借助于使用被成形為類似于二 價,產斗的中央?yún)^(qū)域來更有效地發(fā)揮作用。所述中央?yún)^(qū)域可使用特定的柔 性材料形成，該柔性材料可以既不同于鞋2的橡膠，因為鞋2的橡膠過于
松軟并沒有彈性繃緊且因此不能立即傳送動力或釋放彈性能；也不同于
槳葉1的塑料，而是比其更柔韌。例如，優(yōu)選地，與由聚丙烯制成的槳葉
對應，可以設置由彈性化的聚丙烯或EVA與12y。的醋酸乙烯酯制成的鏟斗 狀插入物。與由EVA與12。/。的醋酸乙烯酯(具有高彈性模量)制成的槳葉對 應，可以設置有由EVA與18。/。的醋酸乙烯酯(具有低彈性模量)制成的插入 物。
,產斗區(qū)還可以如下得到較高的柔性如在此所述的具體實施例中一 樣，通過類似于槳葉的材料但設有沿著規(guī)劃的彎曲線適當變薄的區(qū)域或 對應凹槽；所述變薄的區(qū)域或凹槽可借助于由熱塑性橡膠制成的鞋舌而 加強且不變硬，因為鞋舌和鞋在注射成型工藝時被制成一體，故鞋舌粘 附于底部。鏟斗自身例如可以同步于所述操作恰當?shù)嘏c槳葉l的主體熔 接。
中央二價伊斗插入物的功能是在水的動力學壓力下在寬度方向上偏 轉，形成朝著槳葉的出口端敞開的中央凹區(qū)，所述凹區(qū)對稱地在下踢時 向上偏移，在上踢時向下偏移。所述形態(tài)可使水流向著腳蹼的端部輸送， 消除側向流動的分散，并穩(wěn)定腳蹼使其不會產生"打滑"或"側滑"效 果，于是在應用中使得使用者的腳踝不需要作出努力以抵制扭轉擺動， 所述扭轉擺動在具有以明顯扁平構造為特征的槳葉的腳蹼中是很麻煩 的。
兩個側肋7從槳葉1的前端直到鞋尖位于槳葉1的兩側，逐漸增加其自 身的尺寸并因此也增加了這些區(qū)域的轉動慣量，這兩個側肋7隨后擔當支 撐臂8的結構及功能，并隨后進一步向鞋跟延伸， 一直到其達到鞋2的中 央?yún)^(qū)域附近，在與鞋尖和與鞋跟的距離近似相等的位置處，這兩個側肋7 通過各自的堅固的固定端接頭9連接到鞋2的剛性結構3上。該連接的強度 至關重要，因為必須能夠傳送從人體原動力部到推進器的全部能量流， 而不遭受形成裂紋、疲勞應力或老化的問題。固定端接頭是優(yōu)選的方案 可替換地，可建議采用借助于各自的銷子或支點而得到的堅固的旋轉連接。然而，在這樣的情況下，除了更大的機械問題之外，還存在磨損問 題，還可能產生整個結構的穩(wěn)定性問題，因為那時將會具有過多的自由度。
可以從圖9中圖示的并以陰影線標出的示例中清楚地確定，本發(fā)明的 基本方面是開口或縫隙IO，即沒有任何材料的完全空區(qū)域，開口或縫隙
10位于槳葉1的后部及槳葉1的向后突出的兩個剛性臂8與鞋2的前部之 間，該鞋2的前部還包括其側面的前部。所述"非連接"的功能是以僅限 于上述區(qū)域的方式，排除鞋2與槳葉1之間的任何動力學及運動學約束， 以便在基本垂直于槳葉平面的方向(即在水平面中進行撥水的情況下的 豎直方向)上傳輸力和位移，從而將曾經提到的位于腳中央的必不可少的 機械連接僅僅委托給固定側端9。因此，為了得到原動力力量從腿部到鞋 2、從鞋2到槳葉1然后從槳葉1到被推向后方的質量的水的正確且有效流 動，并因而具有高推進效率，開口10絕對地必不可少，從而確保腳蹼的 正確運動學，即各部件相對于彼此的運動之間的關聯(lián)性，并確保本發(fā)明 所設想的動力學，即作用力與反作用力的相互作用。
開口或縫隙10必須構成縱向延伸盡可能減到最小的空隙，從而使得 不可避免地產生的流動不連續(xù)性不會肖ij弱腳蹼的效率。
可替換地，且尤其是為了美觀的目的，并且還為了使水的流床規(guī)則 化，"空區(qū)域"可通過薄的柔性膜片而隱藏起來，該柔性膜片由類似于鞋 2或還像槳葉1一樣柔韌的橡膠材料制成，可通過例如波浪狀(手風琴狀或 波紋管狀)結構而使該柔性膜片顯著地柔性化，這還可使鞋2的前部與槳 葉1的后部之間的角偏轉有足夠的自由度。
根據(jù)本發(fā)明的另一基本方面，槳葉l還借助于優(yōu)選由一對縱向彈性拉 桿11構成的連接元件與鞋2的前部連接。
所述拉桿的實施例的典型示例可存在于一對堅固的圓柱形彈性元件 中，所述圓柱形彈性元件由硫化橡膠且優(yōu)選地為硅酮橡膠制成，從而不 會發(fā)生老化或屈變；所述橡膠可以是可著色的，以便區(qū)分不同類型和不 同彈性模量的拉桿從而促進其可更換性。拉桿11沿縱向布置在鞋2的前端 之前，如圖12所詳細圖示，鞋2例如可設有兩個橫向銷子12，銷子12從鞋2的剛性整流罩3向側邊突出。形成有堅固的孔眼13兩個彈性拉桿11的后
端結合在這兩個銷子12上，并且在彈性拉桿11與銷子12之間可能塞有各
自的內部套管n。僅作為各種可能實施例中的一種實施例，拉桿ii的前
端還可容納一對具有兩個直徑的橫向輥子14或其他形狀的銷子，其端部 與固定在槳葉1上并沿槳葉中央?yún)^(qū)域的方向布置的固定及調節(jié)元件15結 合。所述固定元件15例如可由一對其中結合有該輥子的口袋狀底座構成 或者由兩列口袋狀底座16的排列構成，該底座16的排列像齒條一樣按一 定間隔依次布置，從而通過選擇一對或另一對相應的口袋狀底座16，就 能仔細地預選拉桿的繃緊度。
此調整顯著地影響了腳蹼的動力學表現(xiàn)，并使使用者可以根據(jù)其自 身身體狀況(訓練水平、疲勞程度、抽筋可能性)和潛水的需要(攜帶 重的或輕的設備，屏住呼吸自由潛水、帶呼吸管浮潛或帶水中呼吸器潛 水)以及海流的存在，選擇最合適的"調速比(gear ratio)":具有最大預 繃緊的有力的且活動性強的腳蹼；具有最小預繃緊的輕快的且悠閑的腳 蹼。
由于較小的裝置(例如形成于每個拉桿11上的夾具附件18)的存在， 可以單憑使用者的手進行上述操作，還可在水下并且如果需要甚至當腳 蹼已經穿在使用者的腳上時也能進行上述操作。將彈性拉桿11從齒條16 解脫下來后，還會更方便使用者從水里走出來(在海灘潛水的情況中)。
兩個彈性拉桿ll沿著它們在各自的固定點之間的延伸物可以是自由 的，或者(如在示例中所描述的情況中)可以以可滑動方式擱置于腳蹼 的背部表面上且位于由槳葉l攜帶的或與槳葉l一體形成的各個支架上。
現(xiàn)在返回先前以一般術語所描述的圖5和圖6，將更加詳細地解釋根 據(jù)本發(fā)明的腳蹼的操作。
由于槳葉1僅連接于鞋2的中央?yún)^(qū)域，借助于向后延伸的縱向側部元 件7，它們各自的臂8與鞋2的剛性結構3固定地連接，使得本系統(tǒng)的彎曲 運動學有極大的優(yōu)勢。一旦腿部開始運動，考慮到游泳者通常處于俯臥的位置，例如該運 動是指向下劃動的運動(下踢)時，鞋2就向下運動，但是槳葉l不能有 力地擊水。
實際上，該初始階段是對水的踢擊，所述踢擊還不可能對抗阻力 各彈性拉桿ll的拉伸力僅等于它們的預載，且它們的矯直效果為零，因 為由此施加的極小拉伸力關于旋轉支點的力矩為零，所述支點是由在腳 的中央處的固定端接頭9所擔任的。腿部和腳踝不會感到任何阻力，積蓄 并存儲動能。
僅當槳葉l達到可觀的偏轉時，表示彈性拉桿ll的拉伸力的矢量開始 增大強度并開始獲得關于腳的中央處的固定端接頭9的有效力臂。人體原 動力部及傳輸關節(jié)感受到了增長的阻力，人體原動力部即腿部，傳輸關 節(jié)即腳踝，但是至此在動力學上開始啟動，且慣性開始設法吸收應力。 因此撥水動作是呈圓圈進行的并且是有力的，在踢水的反轉處不會出現(xiàn) 初始的急動?？傊?，游泳者在水中發(fā)生沒有突然加速和減速的平移運動， 并因此節(jié)省了最大能量。
在下踢開始時，腳快速向下落(假設游泳者處于水平狀態(tài))，但槳葉 不跟隨著腳對應于槳葉的質量的水實際上保持不動且不吸收動力。對 撥水有用的區(qū)域延伸貫穿槳葉的長度，且槳葉的每個基本表面"cmq"相
對于水的作用角度顯著地富有推進性。因此，推進力/施力效率極其地高。
在恰當推進的兩個階段期間，即下踢和上踢(圖6中漸進地舉例示出)，
槳葉l的偏轉及其彈性彎曲形狀可以因此達到最優(yōu)值，因此在每一點由槳
葉l的所有基本表面"cmq"達到的角度范圍最有利于確保所需能量(在分 子上)與所施能量(在分母上)之間的合適比率。這是通過一種完全可以與 在給定速度的航行中對帆的正確調節(jié)相比，或者可以與渦輪葉片的正確 設計相比的方式得到的。
上述對偏轉的準確的即時調整明顯由三個要素促成，這所有的三個 要素都被有意地納入在形成本實施例示例的主題的腳蹼中第一，具有 先前所述的三個支點的特定幾何形狀，此幾何形狀致使彈性拉桿ll中的 拉伸應力隨著偏轉角度的增加而迅速上升；第二，"拉伸"矢量的關于在腳中央處的固定端支點9的杠桿力臂的迅速增加；第三，選用于拉桿ll的
彈性體的完全非胡克型(non-Hookean)表現(xiàn)，該拉桿ll達到根據(jù)與第一或 第二可變"延伸量"的力成比例的完全正態(tài)定律的最大延伸量附近，但 是在末端表現(xiàn)出急劇的上升，即實際上證明其在末端是不可伸展的，于 是確保了立即的且極其有力的彈性返回。
圖13 圖18的圖形說明突顯了在下踢的各種連續(xù)階段中，從上方和從 下方看去的腳蹼的彈性彎曲形狀。需要注意槳葉l第一部分的平面與鞋
2的中央平面之間的各種度數(shù)的角度偏轉；槳葉1的前邊緣與鞋2的前邊緣
之間的延伸量；以及彈性拉桿ll的繃緊度，其在強度、方向和關于支點 的力臂方面根據(jù)情況而異。
本發(fā)明的其它變化形式
為了美觀的目的或確保水流均勻性的特定效果，可構想本發(fā)明的變 化形式。由于位于鞋2的前部與槳葉1的后部之間的空區(qū)域10構成了不僅 是機械上的(本發(fā)明認為這是必需的)還有審美方面的以及流體力學的非 連續(xù)區(qū)，如已經預想的那樣，可以設想使用薄的膜片來"隱藏它"或用 "整流罩"蓋住它，該薄的膜片由彈性體材料或者甚至柔性材料來制成， 所述柔性材料具有波浪狀或波紋管狀形狀以便產生槳葉l (后部區(qū)域)平 面與鞋2的平面之間的必不可少的角偏轉，而不會使系統(tǒng)的自由度降低到 確定程度。
另一變化形式可來自先前所述的關于使上踢和下踢運動學不對稱的 適當性的考慮，考慮不對稱的適當性是為了既考慮到游泳者身體的關節(jié) 的不同的解剖學結構，又考慮到所涉及的肌肉筋膜的不同動力。實際上 可以構想鞋2與槳葉1之間的連接，使得上述槳葉1與鞋2之間的角偏轉可 能性僅在兩次踢水之一中可能發(fā)生。舉例而言，可以設想鞋2與槳葉1之 間的連接不再由先前所述的兩個向后突出的側臂8構成，而是由槳葉l后 部的向后延伸物構成。該變化形式由圖19和圖20中示意性地圖示的兩個 替代方案所示范。
在圖19的情況中，槳葉1在鞋2的鞋尖下方不連接到該處而是延伸直 到腳的中央(或者甚至向著鞋跟更靠后)，在這里形成連接。明顯地，在此情況中，僅允許對應于下踢的偏轉，因為在上踢時槳葉1擱置于鞋2的鞋 底上且腳蹼表現(xiàn)為類似于普通腳蹼。該變化形式可有利于初學的游泳者， 他們在上踢期間往往使得通過彎曲其腳踝而施加的施力無效。
在圖20的情況中，槳葉1在鞋2的上方延伸，不是連接于鞋尖或鞋的 前部，而是在腳背的中央處與鞋連接或在更靠后的地方連接。在這種情 況下，僅可能發(fā)生對應于上踢的偏轉。
根據(jù)更進一步的變化形式(未示出)，返回元件ll不是獨立于槳葉和鞋 制作出來且然后以可拆卸的方式組裝(如所述)到已生產出來的腳蹼上，而
是通過共同模制成型(co-moulding)而制入腳蹼中。此外，拉桿ll可以不 是縱向的而是斜的或橫向的，且數(shù)量不限，只要其足夠多而能夠發(fā)揮腳 尖與槳葉之間的返回作用即可，且拉桿ll甚至可以以由金屬或塑性材料 制成的彈簧來構成，該彈簧被設計成可以傳遞各個后聯(lián)接器與前支點之 間的拉伸力。取代兩個返回元件的是，還可以設想僅僅單個在中央的返 回元件或者數(shù)量多于兩個的返回元件，或者單個拉桿但其設計在俯視圖 中看起來更復雜，例如環(huán)形、U形、三角形(兩個點與槳葉連接，且一個 點與鞋連接，或者反過來)、多邊形或任何設計，只要其能夠根據(jù)所述的 三支點運動學和動力學原理將能量流從游泳者的腿部傳遞到槳葉即可， 三支點運動學和動力學原理構成了本發(fā)明的主要課題。
返回元件ll還可是非彈性的但具有預設長度，并被安裝成具有初始 空閑行程且在槳葉達到所允許的最大偏轉時該返回元件能立即達到其行 程終點。這些還可以與附加的裝置結合為一體，所述附加的裝置例如是 被設計為用于消除任何可能過于劇烈的急動的緩沖元件。
根據(jù)另一個變化形式(未示出)，返回元件ll可被制入在槳葉l的向后 突出的側臂8中或由其構成。
為了總結作為本發(fā)明基礎的發(fā)明構思，參照圖21的視圖可說明，根 據(jù)常識，在根據(jù)現(xiàn)有技術制作的腳蹼中，最有效的腳蹼是普遍用于游泳 競賽和屏住呼吸深潛的帶有長槳葉的腳蹼。它們優(yōu)良的效率不僅在于更 大的表面延伸，還在于如下事實槳葉的前三分之一部分的有害的制動 效應由朝向腳蹼端部的中間三分之一部分與后三分之一部分的推進效率充分地抵消了。由于"水的運動學推力在槳葉上的合力"矢量與解剖學 旋轉支點(臀關節(jié))相距很遠，并因此相對于所述軸具有相當大的杠桿力 臂，因此這些腳蹼明顯地更易令人疲勞。
為了大幅度降低施力，本發(fā)明人考慮(這代表一種用于描述構成本發(fā) 明基礎的構思的起源的可替代方式)如下a)通過制作切口而去除槳葉的 前三分之一的整個核心，消除了槳葉的制動部分；b)將槳葉的整個剩余 部分向后移，不必恢復與腳尖的連接，而是將兩個剩余的縱向側部元件 的后端與鞋的中央?yún)^(qū)域連接；以及C)插入強有力的彈性返回元件。
實際上，利用用于水下活動、游泳或肌肉訓練的腳蹼，所述腳蹼基 本上由鞋和槳葉以及可能的附屬部件構成，本發(fā)明得到了先前所述的要 基本上達到的有利效果；在所述腳蹼中，為了描述簡潔，將下面三個主 要區(qū)域定義為a)、 b)以及C):
a) 鞋的中央?yún)^(qū)域；
b) 鞋的前區(qū)域；以及 C)槳葉的后區(qū)域(面向區(qū)域b)),其中
-由于區(qū)域b)與區(qū)域C)之間存在基本上類似于馬蹄鐵的寬縫隙，該縫 隙圍繞著整個腳尖，故區(qū)域b)與區(qū)域C)在運動學及動力學上都是不連接 的。于是，鞋與槳葉直到達到固定端部分才得以連接，該固定端部分位 于區(qū)域a)中并可進一步后移，因此隨著腳的移動，區(qū)域c)在動力學上未被 強制跟隨區(qū)域b)，而是相反，因為區(qū)域c)被尚未移動的質量的水的慣性阻 擋，故區(qū)域c)可以保持在區(qū)域b)后面(垂直間隔)。借助于撥水動作，槳葉
于是以相對于鞋的相當大的角度(有角的裝置)進行偏轉，從而不是以卯。 而是以更寬且最佳的角度作用于水，所述角度不僅為了推進，還為了對 游泳者部分而言明顯降低的施力。
-在區(qū)域b)與c)之間設置有既限制其垂直間隔又有節(jié)奏地積蓄、釋放
彈性能的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)還執(zhí)行蓄能器的功能。
-彈性系統(tǒng)可同步于腳蹼的模制成型而制作出來，并可以例如通過在 先前形成的部分上進行共同模制以永久的方式連接于腳蹼，或者可以以 在其一端或兩端可拆卸的方式更方便地組裝于腳蹼上。彈性系統(tǒng)可以實現(xiàn)效果調節(jié)(例如可以通過改變預繃緊程度或方向， 或通過用其它具有不同彈性特征的彈性元件來替換所述彈性元件，由此 實現(xiàn))，從而根據(jù)使用者的選擇，影響能量從腿部到槳葉以及從槳葉到水 的傳輸模式。
簡而言之，本發(fā)明設想了以下所列出的特征，這些特征可以是單獨 的、可替換的或互相組合的
-腳蹼包括槳葉和鞋，其中槳葉構成用于推進的元件，鞋限定了用于 容納使用者的腳的鞋體，其中槳葉的中央平面在其空間位置上對應于鞋 底平面或鞋背平面或者介于前述兩個平面之間的平面的向前自然執(zhí)行 部，其中槳葉具有鄰近于鞋的后邊緣，且鞋具有面向槳葉的前邊緣，所 述兩個邊緣在腳蹼處于非變形狀態(tài)時是彼此接近的，其中鞋可人為地分
成前三分之一部分、中央三分之一部分以及面向鞋跟的后三分之一部分， 其中槳葉與鞋之間的連接不是直接形成在鞋的前端與槳葉的后端之間從
而生成可由恰當?shù)目v向增厚物或肋加強的連續(xù)結構，而是通過如下獲得 的裝配兩個向后突出的側臂，所述側臂從槳葉延伸到其后部并在結構 上連接到那里，基本上與腳的中央三分之一部分對應的鞋的區(qū)域，留有 完全不與槳葉連接的且位于腳的前外圍及其左右側區(qū)域中的較大區(qū)域， 其長度可與鞋的前三分之-相當，且其中所述的非連接是通過例如縫隙 等相對狹窄的沒有材料的區(qū)域而得到的，該縫隙位于腳的整個前部及其 用于整個前三分之一的兩側的側面處，于是得到在游泳行動期間槳葉的 后邊緣不會受約束于鞋的前邊緣的效果，從而鞋的向上和向下平移不會 強制槳葉以剛性的或緊接的方式跟隨著鞋運動，此外，增大了在游泳動 作的各個階段期間可得到與鞋底相切的平面和與槳葉在其后端的角偏轉 的發(fā)生變化的可能性；
-返回元件設置于槳葉與鞋的前區(qū)域之間并通過它們自己的前端和 后端分別與之連接，且該連接的位置是被恰當?shù)赜嬎愠鰜淼模缘玫教?定的運動學效果并因此得到有利的動力學表現(xiàn)，所述返回元件是剛性/柔 性類型的或者優(yōu)選地是彈性類型的，這是為了對抗鞋與槳葉之間的角偏 轉以限制其最大范圍，從而對抗根據(jù)偏轉的變化值而調整的阻力；-返回元件由具有高彈性返回指數(shù)的彈性結構(即它們由彈性材料制 成)構成，適合于積累大量的彈性能并完全地或高效率地將其返回給系 統(tǒng)；因此這些返回元件可以被稱為"儲能元件"；
-返回元件不是由與槳葉或鞋相同的材料制成或在對其中之一進行 注射成型的步驟中同步形成，而是以為了確保更好的彈性特征而選擇的 合適技術和材料單獨地生產出來，且僅隨后以可拆卸的方式組裝于已經 生產出來的腳蹼上，或通過共同模制而包入到其內；
-鞋的類型可以是配有開放式鞋跟并且后部調整帶可設有快速解開 的帶扣，或者是配有封閉式鞋跟，該鞋包括用于約束腳的柔軟區(qū)域、具 有髙摩擦力的類似于防滑鞋底的區(qū)域以及具有從腿部向腳蹼的槳葉傳遞 動力流的功能的剛性結構；
-槳葉，具有推進元件的功能，具有通常呈扁平的形狀，可以以縱向 肋加強，并可具有在厚度或材料類型方面有區(qū)分的區(qū)域，例如由彈性 體材料或具有較高柔性的其他材料制成的區(qū)域，諸如膜片、波紋管、柔 性化凹槽等；以及被成形為適當形狀以獲得如下效果的區(qū)域，即引導流 線的效果、鏟舀一定質量的水的效果、恰當?shù)剡m應游泳動作期間由水的 動力學壓力引起的可變幾何形狀的效果；
-前述的槳葉的向后突出的側臂被形成為類似面向后方的側向突出 物并剛性地連接于槳葉上，可做成將槳葉的縱向肋向后延伸并為了將槳 葉的剛性/柔性結構向后延伸的形狀，還環(huán)繞著與鞋的前三分之一對應的 區(qū)域側面長達幾厘米；
-槳葉的后邊緣沒有與鞋的前部進行連接的點，其中"前部"不僅指 面向鞋尖的一側，還包括腳的前部的左右兩側，其長度近似與腳的"前 三分之一"的長度相當；
-所述兩個向后突出的側臂以固定端接頭與鞋的中央部或后部連接， 優(yōu)選通過一種具有足夠強度的固定端接頭而連接到鞋的剛性結構上，以 傳遞從腿部向槳葉發(fā)出的動力流；在設計所述類型的接頭時，必需注意 防止結構崩潰、由疲勞引起的老化、裂縫的形成等；-所述兩個向后突出的側臂通過帶有可旋轉約束的連接，例如旋轉支 點，與鞋的中央?yún)^(qū)域或后區(qū)域連接；
-在包括兩個向后突出的側臂的槳葉的后部與鞋的前部及鞋的前三
分之一的兩個側邊區(qū)域之間，存在沒有任何材料的呈貫穿裂口狀的開口，
這樣槳葉與鞋之間的連接唯一地或主要地由該兩個向后突出的側臂提
供，這兩個側臂在腳尖與鞋的前三分之一之間的區(qū)域旁邊延伸槳葉的側
部結構；所述臂通過固定端連接或可替代地通過旋轉連接而裝配在鞋的
中央?yún)^(qū)域，因而得到槳葉的后邊緣在鞋尖上下平移時不會被強制為嚴格
地跟隨鞋尖運動的效果，因此有可能得到寬范圍的豎直平移及鞋底平面 與槳葉中央平面之間的角偏轉；
-槳葉與鞋之間的縫隙足夠窄，使可以流過它的水流的量不足以引起 腳蹼的效率損失；
-在鞋的前部與槳葉之間通過有意地設置返回元件而形成連接，所述 返回元件即彈性體材質的彈性拉桿，該拉桿能夠在上述兩個部分之間發(fā) 揮返回的動力學作用；
-設有用于彈性拉桿的后端的聯(lián)接器，其固定于鞋的剛性結構的前 部，具有仿照鉤子的突出物的形式，優(yōu)選地位于所述剛性結構的最靠前 部分的左側和右側上，若必要的話位于從該結構向前朝著槳葉突出的部 分上，所述聯(lián)接器被設計為用于結合兩個返回元件的后部環(huán)狀端，所述 連接可替代地可根據(jù)任何不同的能確保具有連接強度以及在必要時具有 旋轉可能性的形態(tài)制成，所述旋轉是關于穿過返回元件的兩個環(huán)的橫向 軸線的旋轉；
-設置有兩個用于聯(lián)接和旋轉的前支點以用于兩個返回元件的前端， 所述支點固定到槳葉的兩個對稱位置處，所述兩個對稱位置在相對于鞋 的對應聯(lián)接器進一步向前大約3-25cm的距離處，在兩個中心之間的距離 相當；
-返回元件是兩個由彈性體材料制成的縱向拉桿，其后端的形狀使其 可方便地結合到鞋的兩個鉤子上，其形式例如是簡單的環(huán)或由內部嵌環(huán) (thimble)加強的環(huán)，且拉桿的前端形狀使其能夠通過各自的銷子結合在所述的槳葉的兩個支點上；所涉及的各部件，即槳葉、鞋、后聯(lián)接器、前 支點、返回拉桿，都被制造及成形為使得它們在游泳的循環(huán)活動中不會 存在任何沖突，使得拉桿自身具有能夠通過簡單的軸向拉伸應力發(fā)揮其 返回功能的可能性；
-拉桿不必是縱向的，還可以是斜的或橫向的并且不限定數(shù)量，只要
它們能在腳尖與槳葉之間發(fā)揮返回作用即可；
-返回元件由金屬或塑性材料的彈簧構成，還被設計成在各個后聯(lián)接 器與前支點之間傳遞拉伸力；
-返回元件不必是彈性拉桿，還可以具有預設長度，被安裝成設有初 始的空閑行程并在槳葉達到所允許的最大偏轉時即刻達到行程端點，所 述返回元件可以與例如緩沖元件之類的附加裝置形成為一體，該緩沖元 件適合用來阻尼任何過于激烈的急動；
-選擇所述返回元件的彈性體材料時，基于其自身吸收任何程度延伸 量的偏轉而不保持任何存留的能力，每次返回時，隨著拉伸應力消失而 正好到達初始長度，甚至對無限次循環(huán)均是如此，所述彈性體材料是硅 酮橡膠或者還可以是硫化的人造橡膠，其能存儲彈性能并完全地返回此 能量而沒有任何由永久的塑性/粘性類型變形引起的消耗；
-返回元件的彈性體材料的彈性行為曲線為，在第一段遵循被稱為胡 克定律的簡單比例的定律，并隨后經歷急劇上升并變得實際上不可延伸， 從而完全地阻止了槳葉的大于已清楚確定的角度值的任何偏轉；
-系統(tǒng)被設為快速調整型以用于拉桿的初始繃緊度調整，例如其中在 拉伸元件的前端內部攜帶有所述銷子的系統(tǒng)，所述銷子在槳葉中具有在 有限系列的凹槽中的可變位置，這樣可以使所述調整由游泳者容易地完 成，還能在水中不憑借任何工具而完成；
-返回元件，或彈性拉桿可由使用者自己在需要修理時或者為了替換 成其它具有不同彈性特征的元件時而方便地加以替換，所述具有不同彈
性特征的元件可通過不同的著色加以區(qū)分；
-作為兩個返回元件的替代，還可以設有一個中央返回元件，或多于 兩個的返回元件，或單個拉桿但在俯視圖中具有更復雜的設計，該更復雜的設計例如是環(huán)形、U形、三角形(兩個點與槳葉結合，且一個點與鞋 結合，或者與此相反)、多邊形或任何設計，只要其能根據(jù)本發(fā)明的三支 點運動學及運動力原理傳遞從腿部到槳葉的能量流即可；
-由于返回拉桿上的進一步動作(例如僅在兩個動作之一期間支撐在 兩個拉桿上的滑輪或對比元件)，拉桿的拉伸效果在下踢和上踢的兩個階 段中是不對稱的，從而使這兩個階段中的返回的效果有所不同，使腳蹼 的表現(xiàn)適應于游泳行動期間人體原動力部的自然非對稱性；
-在槳葉與鞋之間的結構連接是通過槳葉的后部的延伸物得到的，所 述延伸物處于鞋底的前部下方，在槳葉到達設有鞋與槳葉之間的固定端 接頭的鞋底中央部或后部下面之前，在上述兩個部分之間不存在任何約 束，從而使鞋與槳葉之間能夠發(fā)生在下踢階段中引起的角偏轉，且彈性
返回元件被設置在圍繞鞋尖的區(qū)域與槳葉前區(qū)域或中央?yún)^(qū)域之間；
-在槳葉與鞋之間的結構連接是通過在鞋背前部的頂面上的槳葉后 部的延伸物而得到的，因此使所述區(qū)域免于任何機械約束，并將連接進 一步后移到腳的中央?yún)^(qū)域或腳踝的附著物的頂上，從而使槳葉與鞋之間 可以產生在上踢階段中引起的角偏轉，且彈性返回元件被設置于圍繞鞋 尖的區(qū)域與槳葉的前區(qū)域或中央?yún)^(qū)域之間；
-該腳蹼可以被描述為帶有全槳葉的普通長腳蹼，從其中與面向鞋
的前三分之一對應的槳葉部分通過制作切口而被去除，所制作的切口形
成圍繞著腳的前部的寬縫隙；槳葉的剩余部分向著鞋跟往后移，而不封 閉通過切口得到的空隙；通過縱向元件的兩個剩余側邊突出元件在腳中 央處的固定端連接而重新建立槳葉與鞋之間的連接；從而得到讓水的阻 力的質心靠近臀部的效果，從而減小了該阻力的杠桿力臂，并使槳葉部 分相對于鞋完全自由地呈現(xiàn)出寬角偏轉；且彈性返回元件已經被設置于 圍繞鞋尖的區(qū)域與槳葉的前區(qū)域或中央?yún)^(qū)域之間；
-槳葉的后邊緣與鞋的前邊緣以及還可能與在鞋的前部旁邊的兩個 側邊緣通過柔性結構進行連接，所述柔性結構優(yōu)選地由彈性體材料制成 并且被成形為類似波紋管或膜片，被設計為用于覆蓋所述縫隙，雖然能 產生兩個部分的互相平移和對應的角偏轉，卻不會將系統(tǒng)自由度減少到任何確定限度，這樣做是為了審美的目的或為了確保水流完整性和均勻 性的特定效果；以及
-所述彈性返回元件由與腳蹼中主要部件的結構所使用的材料(例如 鞋的橡膠之類)相同的彈性材料制成，且優(yōu)選地在模制成型這些部件本身 的同時通過注射成型工藝而得到。
當然，腳蹼的結構細節(jié)與實施例可相對于在此描述并圖示的內容有 廣泛的變化，卻不會因此脫離本發(fā)明的由權利要求所限定的范圍。
權利要求
1. 一種用于游泳或水下活動或肌肉訓練的腳蹼，所述腳蹼包括槳葉(1)和連接到該槳葉上的鞋(2)，其中所述槳葉(1)具有面向所述鞋(2)的后端，所述鞋(2)具有中央部和面向所述槳葉(1)的后端的前部，所述腳蹼的特征在于-在沿基本與所述槳葉(1)的平面正交的方向的力及相對運動的傳輸方面，所述鞋(2)的前部與所述槳葉(1)的后端在動力學上和運動學上是彼此分開的；-所述槳葉(1)具有延伸部(8)，該延伸部(8)沿所述鞋(2)的方向在所述槳葉的后端外部突出并且在基本對應于所述鞋(2)的中央部的區(qū)域中固定到所述鞋(2)上；以及-在所述槳葉(1)與所述鞋(2)的前部之間設置有連接裝置(11)，其被設計為用于控制所述槳葉(1)與所述鞋(2)之間的角度變化。
2. 根據(jù)權利要求1所述的腳蹼，其特征在于，所述連接裝置(ll)為拉桿。
3. 根據(jù)權利要求2所述的腳蹼，其特征在于，所述拉桿由彈性元件(II) 構成。
4. 根據(jù)權利要求1~3中任何一項所述的腳蹼，其特征在于，所述連 接裝置(ll)是可調的。
5. 根據(jù)權利要求1 4中任何一項所述的腳蹼，其特征在于，所述連 接裝置(11)以鉸接的方式與所述槳葉(1)和所述鞋(2)之中的至少一個連接。
6. 根據(jù)權利要求1~5中任何一項所述的腳蹼，其特征在于，所述連 接裝置(11)可拆卸地與所述槳葉(1)和所述鞋(2)之中的至少一個連接。
7. 根據(jù)權利要求1~6中任何一項所述的腳蹼，其特征在于，所述腳 蹼配備有不同的且可更換的連接裝置(ll)。
8. 根據(jù)權利要求1~5中任何一項所述的腳蹼，其特征在于，所述連 接裝置(ll)永久地緊固在所述腳蹼上。
9. 根據(jù)權利要求8所述的腳蹼，其特征在于，所述連接裝置(ll)與 所述腳蹼一體制成。
10. 根據(jù)權利要求1所述的腳蹼，其特征在于，所述槳葉(l)的延伸 部(8)在所述鞋(2)的旁邊沿側部延伸。
全文摘要
一種用于游泳或水下活動或肌肉訓練的腳蹼，其包括槳葉(1)和鞋(2)，它們的彼此面向的端部在動力學上和運動學上是分開的。槳葉(1)具有延伸部(8)，該延伸部(8)向后突出并在基本對應于鞋(2)的中央部的區(qū)域中固定到鞋(2)上，并且在槳葉(1)與鞋(2)的前部之間設有彈性拉桿(11)，該彈性拉桿(11)用于控制槳葉(1)與鞋(2)之間的角度變化。
文檔編號A63B31/11GK101454053SQ200780017662
公開日2009年6月10日 申請日期2007年5月15日 優(yōu)先權日2006年5月16日
發(fā)明者喬瓦尼·貝蒂斯塔·貝爾特拉尼 申請人:泰克尼薩布公開有限公司